电子在奔跑论手性 隧穿和光场

电子通过量子隧道从分子中逸出的行为是否会根据分子的左手性或右手性而有所不同?

化学家从解剖学中借用了“左手”和“右手”这两个词来描述具有特定类型不对称特征的分子。要探索手性的概念，请看您的手，掌心向上。显然，两者是彼此的镜像。但是尽管我们可能会尝试叠加它们，但它们不会完全重叠。这种被称为“手性”的物体可以在自然界的所有尺度上找到，从星系到分子。

每天，我们不仅在抓取物体或穿鞋时体验到手性，在进食或呼吸时也会体验到手性：我们的味觉和嗅觉可以区分手性分子的两个镜像。事实上，我们的身体对手性非常敏感，以至于一个分子可以是一种药物，而它的镜像是一种毒药。因此，手性在药理学中至关重要，90%的合成药物都是手性化合物。

手性分子具有特殊的对称性，这使它们成为研究物理学基本现象的理想选择。最近，由法国国家科学研究中心/波尔多大学的YannMairesse教授和魏茨曼研究所复杂系统物理系的NiritDudovich教授领导的研究团队利用手性揭示了最有趣的量子现象之一：隧道过程。

隧道效应是一种量子粒子跨越看似不可能跨越的物理障碍的现象。由于这种运动在经典力学中是被禁止的，因此很难对其动力学建立直观的描述。为了在手性分子中创建隧道，研究人员将它们暴露在强激光场中。“分子的电子通过能垒自然地束缚在原子核周围，”Mairesse解释道。“你可以把电子想象成被困在充气气球内的空气。强大的激光场能够减少气球的厚度，足以让一些空气穿过它，即使气球上没有洞。”

Mairesse、Dudovich和他们的团队着手研究隧道效应尚未探索的一个方面：手性分子遇到手性光场的那一刻，以及它们短暂的相遇如何影响电子隧道效应。“我们很高兴探索手性和隧道之间的联系。我们渴望更多地了解在这些特定情况下隧道会是什么样子，”Dudovich说。

一个电子从一个原子或分子中逃逸出来只需要几百阿秒。如此微小的时间框架是Mairesse和Dudovich实验室研究的许多过程的特征。两个团队提出了以下问题：分子的手性如何影响电子的逃逸?

“我们使用了一个及时旋转的激光场来旋转手性分子周围的势垒，”Mairesse说。“接着气球的比喻，如果激光场水平旋转，你希望空气沿着激光场的方向在水平面上离开气球。我们发现，如果气球是手性的，空气离开气球飞向地板或天花板，这取决于激光的旋转方向。换句话说，电子从手性隧道中出来，记忆着势垒的旋转方向。这非常像效果开瓶器，但在纳米和阿秒尺度上。”

因此，这两个团队发现电子发生隧穿的可能性、电子隧穿的阶段以及隧穿事件的时间取决于分子的手性。这些激动人心的结果为进一步研究奠定了基础，这些研究将利用手性分子独特的对称性来研究光与物质相互作用中发生的最快过程。